摻入LPG的生物柴油與柴油的噴霧特性對比研究

摘要：采用馬爾文激光粒度分析儀，在不改變其他噴射條件的前提下，比較LPG質量摻混比為20%的生物柴油與柴油的噴霧特性。結果表明：當生物柴油中LPG的摻混比為20%時，生物柴油的霧化質量接近于柴油。

關鍵詞：柴油生物柴油霧化質量

0 引言

生物柴油具有良好的可再生性和環保性，且燃料特性接近于柴油，可作為發動機的代用燃料。但常溫下，生物柴油的粘度、密度和表面張力等均大于柴油，霧化質量比柴油差[1]。在生物柴油中溶入一定量的LPG可以改變生物柴油的霧化質量[1]。本文對20%LPG質量摻混比的生物柴油與柴油的噴霧特性進行對比研究。

1 噴霧特性試驗

1.1 試驗方案

液化石油氣（LPG）在常溫下的液化壓力為0.55Mpa。LPG在一定壓力下液化后摻混于生物柴油，LPG的質量占LPG與生物柴油總質量的百分比為20%，記為L20，0#柴油記為BD0。試驗采用自制S 型單孔噴嘴，孔徑為 0.366 mm，啟噴壓力為 16 MPa。試驗將燃油直接噴入室內環境中，由于噴嘴出口附近油束緊密，為了便于測量，采用馬爾文激光粒度分析儀在軸向距噴嘴 L = 80 cm 處進行測量，對L20與BD0的噴霧特性進行對比研究。

1.2 試驗裝置

燃油的噴霧特性評價指標通過馬爾文測量系統獲得，馬爾文測量系統主要由馬爾文激光粒度分析儀、計算機和手壓噴油泵組成，見圖 1。

圖1馬爾文系統2 試驗結果及分析

2.1 L20與BD0的噴霧特性對比

利用馬爾文系統測定霧化液滴的尺寸體積分布及液滴的索特平均直徑，并根據特征直徑，利用相關公式求解出發散程度，通過這些評價指標來分析燃油的霧化質量。

2.1.1 霧化液滴尺寸分布

某一尺寸液滴的體積占全部液滴總體積的百分比是霧化液滴的尺寸體積分布，用PDFv（%）來表示。某一直徑以下的所有液滴體積占全部液滴總體積的百分數是霧化液滴的尺寸累積體積分布，用Vc（%）表示。圖2反應了L20與BD0霧化液滴的尺寸分布情況。

圖2L20與BD0霧化液滴的尺寸體積及累積體積分布由圖2（a）可以看出，兩者某一尺寸的液滴體積占總體積的百分比幾乎相等；由圖2（b）可以看出：兩者達到某一累積體積的液滴直徑幾乎相等。因此，L20的霧化液滴粒徑與BD0幾乎相等。

2.1.2 霧化液滴的Sauter平均直徑

平均直徑的定義見參考文獻[3]的第97頁。平均直徑有很多種表示方法，但是在動力裝置的噴霧中索特平均直徑D32最常用。

試驗測得，BD0 與L20的Sauter平均直徑分別為36.76μm和36.99μm，表明L20與BD0的霧化液滴細度非常接近。

2.1.3 霧化液滴的特征直徑與發散度

常用特征直徑有D0.1、D0.5、D0.9、D0.999，單位為μm。D0.1表示小于該直徑的所有液滴體積占全部液滴總體積的10%，并將此比值用作下表，其他以此類推。

特征直徑通過馬爾文軟件直接讀出。BD0的特征直徑D0.1、D0.5、D0.9、D0.999數值上分別為25.32、48.82、82.64、141.86；L20的分別為25.37、50.51、85.33、141.86。由結果可以看出：

L20與BD0的特征直徑相近或相等，說明L20的霧化液滴粒徑接近于BD0。

為了評價霧化液滴尺寸的發散度，定義了相對尺寸范圍和發散邊界。相對尺寸范圍Δs=（D0.9-D0.1）/D0.5， 表示小尺寸液滴的均勻度；發散邊界Δb=（D0.999-D0.5）/D0.5， 表示大尺寸液滴的均勻度。

BD0與L20的相對尺寸范圍Δs分別為1.17和1.19，BD0與L20的發散邊界Δb分別為1.91和1.81。由結果可以看出：L20的相對尺寸范圍Δs大于BD0，發散邊界Δb小于BD0，說明L20霧化液滴在小尺寸范圍內的均勻性比BD0差，在大尺寸的范圍內的均勻性比BD0好。

3 結論

通過對L20與BD0的噴霧特性對比研究發現，L20的霧化液滴尺寸接近BD0；L20的霧化液滴在小尺寸范圍內的均勻性比BD0差，在大尺寸的范圍內的均勻性好于BD0。因此，當生物柴油中LPG的質量摻混比達到20%時，燃油的霧化質量接近于柴油。

參考文獻：

[1]汪月英. 生物柴油霧化質量的改善方法研究[D]. 西安， 長安大學碩士學位論文， 2012.04.

[2]王磊. 生物柴油/柴油混合燃料噴霧特性研究[D]. 西安， 長安大學碩士學位論文， 2008.11.

[3]曹建明. 噴霧學[M]. 北京： 機械工業出版社， 2005.